\section{电压}\label{sec:8-3}

\xiaobiaoti{电压}
导体内有大量可以自由移动的电荷，在导体没有连入电路时，
导体内的这些自由电荷只做无规则的热运动，并不发生定向移动而形成电流。
例如，一盏电灯在没有和电源连通时不亮，表明这时电路里没有电流。
而当它和电源连通时就亮了，表明这时电路里有了电流。
那么，电源为什么能使导体中的自由电荷定向移动而形成电流呢？
我们对照水流的情形来理解这个问题。

在图 \ref{fig:8-8} 所示的连通器里，如果打开阀门 $K$，水路畅通，就会形成由 $A$ 经 $C$ 向 $B$ 的水流。
水所以能发生定向移动，是因为 $A$ 槽的水位高，$B$ 槽的水位低，从而在连接 $A$、$B$ 的水管中产生了水压。
水压是使水发生定向移动形成水流的原因。
\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \begin{minipage}{7cm}
    \centering
    \includegraphics[width=6cm]{../pic/czwl2-ch8-8}
    \caption{水流的形成}\label{fig:8-8}
    \end{minipage}
    \qquad
    \begin{minipage}{7cm}
    \centering
    \includegraphics[width=6cm]{../pic/czwl2-ch8-9}
    \caption{}\label{fig:8-9}
    \end{minipage}
\end{figure}
与此相似，在图 \ref{fig:8-9} 里，电键闭合后，电路里就有电流。
电路里的自由电荷所以能发生定向移动形成电流，是因为电源的正极有多余的正电荷，
电源的负极有多余的负电荷，从而在连接电源两极的电路中产生了电压。
\CJKunderwave{电压是使自由电荷发生定向移动形成电流的原因}。

在图 \ref{fig:8-8} 中，如果用抽水机不断地把水从 $B$ 处抽到 $A$ 处，使 $A$ 处的水位总比 $B$ 处的高，
保持一定的水压，在连通器里就不断有水流通过。
电源的作用跟抽水机相似，它不断使正极聚集正电荷，负极聚集负电荷，
保持两极间的一定的电压，使连接导体中不断有电流通过。

水在流动的时候可以做功，例如水流可以推动水轮机做功。
水流做的功，除了跟流过的水量有关系外，还跟水压有关系。
流过的水量越多，水压越大，水流所做的功就越多。
电流在通过导体时也要做功，如电流通过白炽电灯做功，使灯泡发热发光，
电流通过电动机做功，使电动机运转。
电流做功跟水流做功也很相似，除了跟电量有关外，还跟电压有关。
通过的电量越多，电压越大，电流所做的功就越多。

既然电流做的功跟电压有关系，在电学里就利用电流所做的功来规定电压的单位。

电压的单位是\textbf{伏特}。
\CJKunderwave{在某段电路上每通过 1 库仑电量的时候，电流所做的功如果是 1 焦耳，这段电路两端的电压就是 1 伏特}。
伏特的符号是 V。

一节干电池的电压是 1.5 伏特，这就是说，在由一节干电池作电源的电路里，
每通过 1 库仑电量时， 电流做 1.5 焦耳的功。

比伏特大的单位有千伏（kV），比伏特小的单位有毫伏（mV）、微伏（$\mu$V）。
\begin{align*}
    1 \text{千伏} &= 1000 \text{伏特，}\\
    1 \text{伏特} &= 1000 \text{毫伏，}\\
    1 \text{毫伏} &= 1000 \text{微伏。}\\
\end{align*}

\begin{table}[H]
    \centering
    \caption*{一些电压值 （伏特）}
    \begin{tabular}{w{l}{10em}w{r}{10em}}
        电子手表用的氧化银电池      & $1.5$ \\
        干电池组（$n$ 节串联）      & $n \times 1.5$ \\
        铅蓄电池组（$n$ 个串联）    & $n \times 2$ \\
        汽车发电机                 & $12$ \\
        对人体安全的电压            & 不高于 $36$ \\
        照明电路                    & $220$ \\
        一般交流电动机              & $220$，$380$ \\
        大型发电机                  & $(0.63\text{～}1.8) \times 10^4$ \\
        发生闪电的云层间的电压      & 可达 $10^8$ \\
    \end{tabular}
\end{table}



\xiaobiaoti{伏特表}
测量电压要使用电压表。刻度盘上以伏特为单位的电压表，标着一个字母 V，通常叫伏特表（图 \ref{fig:8-10}）。

\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \includegraphics[width=0.7\textwidth]{../pic/czwl2-ch8-10}
    \caption{伏特表（左图上方是伏特表符号）}\label{fig:8-10}
\end{figure}

如果要测量某部分电路两端的电压，例如要测量图 \ref{fig:8-11} 中小灯泡 $L_2$ 两端的电压，
\CJKunderwave*{必须把伏特表跟这部分电路并联，并必须把伏特表 “$+$” 接线柱接在跟电源正极相连的那端}。

\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \includegraphics[width=0.7\textwidth]{../pic/czwl2-ch8-11}
    \caption{}\label{fig:8-11}
\end{figure}

每个伏特表都有一定的测量范围——量程，使用时必须注意所测的电压得超过伏特表的量程。

